CN207037130U - 一种基于光子晶体的平面波导投影结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于光子晶体的平板波导结构，包括衬底层，衬底层上设置平面波导结构，平面波导结构自上而下依次包括上包层、中间层和下包层，上包层和下包层对称设置，其中，上包层和/或下包层由至少一层膜结构组成，膜结构上设置四个区域，每个区域均设置晶体结构，晶体结构为二维光子晶体结构或一维光子晶体结构和二维光子晶体结构。本实用新型通过多个光子晶体结构的设置，可以实现通过平板波导结构，直接将影像透射到人眼中，相对于传统的自由曲面光学结构和平面衍射光栅结构，具有体积小和光学利用效率高的特点。

Description

一种基于光子晶体的平面波导投影结构

技术领域

本实用新型涉及平面波导投影结构技术领域，具体涉及一种基于光子晶体的平面波导投影结构。

背景技术

近年来，全息显示技术进展迅速，尤其是头戴式全息显示设备，在航空领域、增强现实(AR)领域等得到了广泛的应用。而现有的头戴式全息显示装备多采用自由曲面光学系统，导致其体积较大，佩戴不方便，且光学传导效率较低。

实用新型内容

本实用新型的目的利用光子晶体结构实现图像的投影，以提高平板波导投影结构的光学效率，同时缩小头戴式全系显示装备的体积，方便用户佩戴。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种基于光子晶体的平板波导结构，包括衬底层，衬底层上设置平面波导结构，平面波导结构自上而下依次包括上包层、中间层和下包层，上包层和下包层对称设置，其中，

上包层和/或下包层由至少一层膜结构组成，膜结构上设置四个区域，每个区域均设置晶体结构，晶体结构为二维光子晶体结构或一维光子晶体结构和二维光子晶体结构。

进一步，一维光子晶体结构为由沟槽组成的光栅结构。

进一步，二维光子晶体结构为柱状结构。

进一步，二维光子晶体结构贯穿中间层。

进一步，上包层和/或下包层两侧设置由沟槽组成的光栅结构。

在上述技术方案中，本实用新型通过光子晶体结构的设置，直接将影像经过多次衍射与反射最终投射到人眼中，相对于传统的自由曲面光学结构和平面衍射光栅结构，具有体积小和光学利用效率高的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所述的基于光子晶体的平板波导结构整体结构框图示意图；

图2为本实用新型所述的基于光子晶体的平板波导结构的俯视结构示意图；

图3为本实用新型所述的基于光子晶体的平板波导结构的一个截面的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细介绍。

如图1-3所示，本实用新型提供了一种基于光子晶体的平板波导结构，包括衬底层102，衬底层上设置平面波导结构101，平面波导结构自上而下依次包括上包层1、中间层2和下包层3，上包层1和下包层3对称设置，其中，上包层1和/或下包层3由至少一层膜结构组成，膜结构上设置四个区域，每个区域均设置晶体结构，晶体结构为二维光子晶体结构或一维光子晶体结构和二维光子晶体结构。

本实施例中晶体结构为一维光子晶体结构4和二维光子晶体结构5组成，如图2所示，一维光子晶体结构包括反射一维光子晶体结构41和42，二维光子晶体结构包括入射二维光子晶体结构51和出射二维光子晶体结构52。

本实用新型所述的基于光子晶体的平板波导结构中衬底层102为平板波导结构101提供了支撑载体。具体地，本实施例中衬底层设为了透明玻璃，通过透明玻璃的设置为平板波导结构101提供支撑，防止平板波导结构断裂。本实施例中衬底层厚度设为200μm，需要说明的是，衬底层的厚度可根据实际需要进行设置。上包层1、中间层2和下包层3均可使用可见光波段的透明材料，上包层1和下包层3的材料、厚度和结构均相同，在此仅对上包层结构予以介绍。本实施例中上包层是由折射率不同的多层膜结构组成，具体可采用氧化硅、氧化钛等透明材料形成的膜结构，该膜结构的可选择采用CVD(Chemical VaporDeposition,化学气相沉积)等技术处理为整体，最终单层或形成多层膜结构。因此上包层对于入射的可见光波段的光波具有全反射的作用，在上包层结构对光进行全反射的同时，利用二维光子晶体结构再对光进行衍射，最终将影像经过多次衍射和全反射，最终通过衬底层投射到人眼中。具体地，中间层可选择具有较大折射率的材料。生产过程中，首先选择材料支撑衬底层或选择作为衬底层的成品，在衬底层上按照依次设置下包层、中包层和上包层，具体可采用CVD技术处理。制作过程中，由于上包层1和下包层3是对称设置在中包层的，因此加工过程中，要求保证上包层与下包层的材料、厚度及结构的统一性。由于本实用新型所述的基于光子晶体的平板波导结构对影像的投射效果好，因此可以应用到显示设备上，例如头戴式显示设备。

本实施例中，一维光子晶体结构为由沟槽组成的光栅结构，二维光子晶体结构为孔柱状结构，且二维光子晶体结构贯穿中间层。具体实施时，将通过刻蚀等半导体工艺形成沟槽和圆孔等微结构分别形成一维光子晶体结构(即光栅)和二维光子晶体结构等，利用光的衍射效应，实现了对光的入射、波导和出射等控制作用。

本实施例中，入射二维光子晶体结构51和出射二维光子晶体结构52设置在上包层的两个角落区域，且二者覆盖范围不同，如图2所示的实施例中，左上角的区域小于右下角的区域，由于二维光子晶体结构通过衍射效应，具有改变光传播方向的作用，因此可以分别用来入射和出射，即将入射影像导入平面波导结构中，并将在平面波导结构中传输的影像出射投射到人眼中。具体实施时，由于晶体结构的具体参数与入射光波长相关，可根据实施需要确定入射二维光子晶体结构和出射二维光子晶体结构的位置以及覆盖范围；两个反射光栅结构41分别位于出射二维光子晶体结构的两侧，起着分别将从入射光子晶体结构51传输过来的光进行反射，使其朝向出射二维光子晶体52传输。两个反射光栅的覆盖范围和尺寸参照二维光子晶体结构，同样需要根据入射光波长进行设计确定，本实用新型在此不进行限定。本实施例中位于尖角处的入射二维光子晶体结构由孔柱状结构形成；分别位于入射二维光子晶体结构两边的为一维光子晶体结构(即光栅结构)由沟槽状结构形成；位于中心处的出射二维光子晶体结构52由圆孔状柱体形成。

进一步，上包层和/或下包层两侧设置由沟槽形成的光栅结构。该光栅结构4的作用，通过反射作用，改变由入射二维光子晶体结构51传输来的入射光，引导该入射光线向着出射二维光子晶体结构52传输。

需要说明的是，具体实施时，晶体结构还可选全部设置为二维晶体结构，本实用新型在此不进行一一列举。

以上只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本实用新型权利要求保护范围的限制。

Claims (5)

1.一种基于光子晶体的平板波导结构，包括衬底层，其特征在于，衬底层上设置平面波导结构，平面波导结构自上而下依次包括上包层、中间层和下包层，上包层和下包层对称设置，其中，

上包层和/或下包层由至少一层膜结构组成，膜结构上设置四个区域，每个区域均设置晶体结构，晶体结构为二维光子晶体结构或一维光子晶体结构和二维光子晶体结构。

2.根据权利要求1所述的基于光子晶体的平板波导结构，其特征在于，一维光子晶体结构为由沟槽组成的光栅结构。

3.根据权利要求1所述的基于光子晶体的平板波导结构，其特征在于，二维光子晶体结构为柱状结构。

4.根据权利要求1所述的基于光子晶体的平板波导结构，其特征在于，二维光子晶体结构贯穿中间层。

5.根据权利要求1所述的基于光子晶体的平板波导结构，其特征在于，上包层和/或下包层两侧设置由沟槽形成的光栅结构。